JP6549268B1 - Heat exchangers for aircraft engines - Google Patents
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Abstract
【課題】重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能な航空機エンジン用の熱交換器を提供する。【解決手段】この熱交換器100(航空機エンジン用の熱交換器)は、冷却対象流体を流通させるコア部1と、コア部1の表面10に設けられた複数の板状の放熱フィン2とを備える。放熱フィン2は、コア部1の表面10から立ち上がる第1部分21と、第1部分21よりも先端側に配置され、第1部分21よりも小さい厚みを有する第2部分22と、第1部分21と第2部分22との間を接続する第1部分21および第2部分22に対して傾斜した接続部分23とを含む。放熱フィン2は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分23の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。【選択図】図4A heat exchanger for an aircraft engine that can be adapted to weight restrictions and dimensional restrictions and that can improve the amount of heat exchange without increasing pressure loss. A heat exchanger 100 (a heat exchanger for an aircraft engine) includes a core portion 1 through which a fluid to be cooled flows, and a plurality of plate-like radiating fins 2 provided on a surface 10 of the core portion 1. Is provided. The heat radiating fin 2 includes a first portion 21 rising from the surface 10 of the core portion 1, a second portion 22 disposed on the tip side of the first portion 21 and having a thickness smaller than that of the first portion 21, and a first portion 21 and the connection part 23 inclined with respect to the 2nd part 22 are included. In the radiating fin 2, the ratio y / Y of the height y from the surface 10 of the core portion 1 to the formation position of the connecting portion 23 with respect to the total height Y of the radiating fin 2 from the surface 10 of the core portion 1 is 0. It is formed so as to satisfy the relationship of 34 <y / Y <0.64. [Selection] Figure 4
Description
この発明は、航空機エンジン用の熱交換器に関し、特に、放熱フィンを備える航空機エンジン用の熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger for an aircraft engine, and more particularly to a heat exchanger for an aircraft engine equipped with heat dissipating fins.
従来、放熱フィンを備える航空機エンジン用の熱交換器が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the heat exchanger for aircraft engines provided with a radiation fin is known (for example, refer patent document 1).
上記特許文献1には、冷却対象流体を流通させる本体(コア部)と、本体の外表面に設けられた複数の放熱フィンとを備える航空機エンジン用の熱交換器が開示されている。この熱交換器は、本体が航空機エンジン内の湾曲面(ファンケーシングの内周面など)に沿うように湾曲した板状形状を有し、航空機エンジン内を流通する空気との熱交換によって冷却対象流体を冷却する熱交換器であり、サーフェスクーラと呼ばれる。各放熱フィンは、本体の表面から、エンジン内の内径方向または外径方向に向けて突出するように設けられ、平板形状を有する。冷却対象流体は、航空機エンジンや航空機内の発電機などに循環供給される潤滑油などである。
上記特許文献1には記載されていないが、航空機用途の熱交換器では、重量制限や寸法制限が厳しく、実際に放熱フィンを形成する際の加工上の制限が生じるため、本体(コア部)からの放熱フィンの高さや、放熱フィンの数(放熱フィン間のピッチ)、全放熱フィンの総重量に制限が発生する。そのため、熱交換量の改善(増加)を図ることが困難であった。また、熱交換量を改善(増加)させても、各放熱フィンによる圧力損失が増大してしまうと、航空機エンジンの性能に影響するため、従来と比較して圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることも望まれている。
Although not described in the above-mentioned
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることが可能な航空機エンジン用の熱交換器を提供することである。 The present invention has been made to solve the problems as described above, and one object of the present invention is to meet the weight restriction and the size restriction, and to change the amount of heat exchange without increasing the pressure loss. To provide a heat exchanger for an aircraft engine that can improve (increase).
上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、放熱フィンの内部の熱伝導に着目して、先端側と根元側とで放熱フィンの厚みを異ならせることにより、放熱フィンの重量制限や寸法制限に適合させつつ熱交換量を改善可能であることを見出した。そして、本願発明者らは、さらに放熱フィンの厚みが変化する接続部分の位置によって熱交換量の改善(増加)度合いが変化することを見出し、適切な接続部分の位置範囲を導き出した。すなわち、この発明による航空機エンジン用の熱交換器は、航空機エンジン内の空気流と熱交換を行う航空機エンジン用の熱交換器であって、冷却対象流体を流通させるコア部と、コア部の表面に設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、放熱フィンは、コア部の表面から立ち上がる第1部分と、第1部分よりも先端側に配置され、第1部分よりも小さい厚みを有する第2部分と、第1部分と第2部分との間を接続する第1部分および第2部分に対して傾斜した接続部分とを含み、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、コア部の表面から接続部分の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。なお、接続部分の形成位置とは、傾斜した接続部分の高さ方向の中心位置である。複数の接続部分を有する場合も同様に、各々の接続部分の高さ方向の中心位置を形成位置とする。 In order to achieve the above object, as a result of intensive investigations by the inventors of the present application, the thickness of the radiation fin is made different between the tip end side and the root side, focusing on the heat conduction inside the radiation fin. It has been found that the amount of heat exchange can be improved while meeting the weight and size restrictions. Then, the present inventors further found that the degree of improvement (increase) in the amount of heat exchange changes depending on the position of the connection portion where the thickness of the heat radiation fin changes, and derived a suitable position range of the connection portion. That is, a heat exchanger for an aircraft engine according to the present invention is a heat exchanger for an aircraft engine that exchanges heat with an air flow in the aircraft engine, the core portion for circulating the fluid to be cooled, the surface of the core portion And a plurality of plate-like heat dissipating fins provided on the surface of the core portion, the heat dissipating fins being disposed closer to the tip than the first portion and having a smaller thickness than the first portion. A second portion and a connection portion inclined with respect to the first portion and the second portion connecting between the first portion and the second portion, and relative to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion The ratio y / Y of the height y from the surface of the core portion to the formation position of the connection portion is formed to satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64. In addition, the formation position of a connection part is a center position of the height direction of the inclined connection part. Similarly, in the case of having a plurality of connection portions, the central position in the height direction of each connection portion is taken as the formation position.
この発明による航空機エンジン用の熱交換器では、上記の構成により、高温のコア部に接する根元側の第1部分の厚みを相対的に大きくして放熱フィン内部の熱伝導量を増加させることができるので、伝熱フィンの熱交換量を増加させることができる。また、高速な航空機エンジン内の空気流によって十分な熱交換量が得られる先端側の第2部分の厚みを相対的に小さくすることにより、熱交換量を確保しつつ圧力損失を低減することができる。そして、後述するシミュレーション結果に基づき、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィンを形成することにより、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して概ね2%以上(約1.8%以上)の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。以上により、本発明によれば、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることができる。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the present invention, the thickness of the first portion on the base side in contact with the high temperature core portion can be relatively increased by the above configuration to increase the heat conduction amount inside the radiation fin Since it can do, the amount of heat exchange of a heat transfer fin can be made to increase. In addition, the pressure loss can be reduced while securing the amount of heat exchange by relatively reducing the thickness of the second portion on the tip side where a sufficient amount of heat exchange can be obtained by the airflow in the high-speed aircraft engine. it can. And based on the simulation result mentioned later, by forming a radiation fin so that ratio y / Y may satisfy the relation of 0.34 <y / Y <0.64, it is a rectangular section of the same weight and the same height. It becomes possible to realize the improvement effect of the amount of heat exchange of about 2% or more (about 1.8% or more) compared with the radiation fin. As described above, according to the present invention, the amount of heat exchange can be improved (increased) while being compatible with the weight restriction and the size restriction, and without increasing the pressure loss.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、第2部分の厚みxに対する第1部分の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されている。このように、本願発明者らは、上記知見に加えて、第2部分と第1部分との厚みの比(X/x)が1.0<X/x<5.4の範囲において熱交換量が改善することを見出した。これにより、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、圧力損失を増大させることなく熱交換量の改善を図ることが可能となる。また、厚みの比(X/x)が1.0<X/x<5.4の範囲では、第2部分と第1部分との厚みの差が大きくなり過ぎることがないため、実際に放熱フィンを形成する際の放熱フィンの加工性(加工し易さ)を確保することができる。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a ratio X / x of the thickness X of the first portion to the thickness x of the second portion of 1.0 ≦ X / x <5.4. It is formed to satisfy the relationship of Thus, in addition to the above findings, the inventors of the present invention have heat exchange in the range of the ratio (X / x) of the thickness of the second portion to the first portion of 1.0 <X / x <5.4. We found that the amount improved. Thereby, based on the simulation result mentioned later, compared with the radiation fin of the rectangular cross section of the same weight and the same height, it becomes possible to aim at improvement of the heat exchange amount, without increasing a pressure loss. Also, when the thickness ratio (X / x) is in the range of 1.0 <X / x <5.4, the difference in thickness between the second portion and the first portion does not become too large, so heat is actually dissipated The processability (easiness of processing) of the heat dissipating fin at the time of forming the fin can be secured.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、放熱フィンの高さ方向における傾斜した接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。このように、本願発明者らは、上記知見に加えて、放熱フィン全高における接続部分の形成範囲の比(h/Y)が0<h/Y<0.64の範囲において熱交換量が大きく改善することを見出した。これにより、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、少なくとも3%以上の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a length h of the inclined connecting portion in the height direction of the radiation fin with respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion. The ratio h / Y is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.64. Thus, in addition to the above findings, the inventors of the present invention have a large amount of heat exchange when the ratio (h / Y) of the formation range of the connection portion at the total height of the radiation fin is 0 <h / Y <0.64. I found it to improve. Thereby, based on the simulation result mentioned later, it becomes possible to realize the improvement effect of the heat exchange amount of at least 3% or more compared with the radiation fin of the rectangular cross section of the same weight and the same height.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、一方側の側面が平坦面であり、他方側の側面において接続部分の傾斜した側面部が形成されている。このように構成すれば、放熱フィンの一方側の側面については、一般的な矩形断面の放熱フィンと同様の単純な平坦面として形成することができる。そして、放熱フィンの他方側の側面において、傾斜した側面部を形成して第1部分と第2部分との厚みを異ならせる事ができる。この構成では、たとえばスカイブ加工(板状基材に対する切り起こしにより放熱フィンを形成する加工)を採用することができるので、加工の容易性を向上させたり、放熱フィンの形状に応じた加工方法の選択の自由度を確保することができる。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a flat side surface on one side and an inclined side surface portion of the connecting portion on the other side surface. According to this structure, the side surface on one side of the heat dissipating fin can be formed as a simple flat surface similar to a general rectangular cross-section heat dissipating fin. And in the side surface of the other side of a radiation fin, the inclined side part can be formed and thickness of a 1st part and a 2nd part can be varied. In this configuration, for example, skive processing (processing to form a radiation fin by cutting and raising a plate-like substrate) can be adopted, so that the ease of processing can be improved, or a processing method corresponding to the shape of the radiation fin It is possible to secure the freedom of choice.
この場合、好ましくは、放熱フィンは、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、放熱フィンの高さ方向における傾斜した接続部分の長さhの比h/Yが、0.20<h/Y<0.50の関係を満たすように形成されている。このように構成すれば、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について約3.7%〜約3.8%のピーク近傍の高い改善効果を実現することが可能となる。 In this case, preferably, the radiation fin has a ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion is 0.20. It is formed to satisfy the relationship of <h / Y <0.50. According to this structure, the heat exchange amount is about 3.7% to about 3.7% without increasing the pressure loss as compared with the radiation fin of the rectangular cross section having the same weight and the same height based on the simulation result described later. It is possible to realize a high improvement effect near the peak of 3.8%.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、両側面にそれぞれ、接続部分の傾斜した側面部が形成されている。このように構成すれば、一方側と他方側との各々に傾斜した側面部が形成された放熱フィンを得ることができるので、航空機エンジン内で旋回する空気流に対して放熱フィンのどちらの側面が面していても、熱交換性能に大きな差異が生じない。そのため、片側のみに傾斜した側面部が形成された放熱フィンを設ける場合と異なり、航空機エンジン内の空気流の向きに対する放熱フィンの向きなどの影響を抑制することができるので、熱交換器の設計を容易に行える。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin is formed with inclined side portions of the connection portion on both side surfaces respectively. According to this structure, it is possible to obtain the radiation fin in which the inclined side surface portion is formed on each of the one side and the other side. Therefore, either side of the radiation fin with respect to the swirling air flow in the aircraft engine Does not make a big difference in heat exchange performance. Therefore, unlike the case where the radiation fin in which the inclined side portion is formed on only one side is provided, the influence of the direction of the radiation fin on the direction of the air flow in the aircraft engine can be suppressed, so the design of the heat exchanger Can be done easily.
この場合、好ましくは、放熱フィンは、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、放熱フィンの高さ方向における傾斜した接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.40の関係を満たすように形成されている。このように構成すれば、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について概ね3.5%程度の高い改善効果を実現することが可能となる。 In this case, preferably, the radiation fin has a ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion: 0 <h It is formed to satisfy the relationship of /Y<0.40. According to this structure, the heat exchange amount is about 3.5% without increasing the pressure loss as compared with the radiation fin of the rectangular cross section having the same weight and the same height based on the simulation result described later. It is possible to realize a high improvement effect.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、第1部分および第2部分は、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分である。このように構成すれば、第1部分および第2部分の少なくとも一方を、厚みが変化する曲面状部分にする場合と異なり、第1部分および第2部分を平板状にするだけでよいので、放熱フィンの加工性を損なうことがない。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the first portion and the second portion are each a flat plate portion having a substantially constant thickness. According to this structure, unlike the case where at least one of the first portion and the second portion is a curved surface-shaped portion whose thickness changes, it is only necessary to flatten the first portion and the second portion. There is no loss in the processability of the fins.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、第1部分と第2部分とが1つの接続部分により接続された形状を有する。このように構成すれば、複数の接続部分によって複数段階に傾斜した断面形状を有するように放熱フィンを形成する場合と比較して、放熱フィンの形状を簡素化することができる。その結果、放熱フィンの厚みを変化させる構成においても、放熱フィンの加工性の低下を極力抑制することができる。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a shape in which the first portion and the second portion are connected by one connection portion. According to this structure, the shape of the heat dissipating fins can be simplified as compared to the case where the heat dissipating fins are formed to have cross-sectional shapes that are inclined in multiple steps by a plurality of connecting portions. As a result, even in the configuration in which the thickness of the heat dissipating fin is changed, it is possible to suppress the deterioration of the processability of the heat dissipating fin as much as possible.
上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、コア部は、航空機用エンジン内の湾曲面に沿う湾曲形状を有し、かつ、湾曲面と対向する第1表面と、第1表面とは反対側の第2表面とを有する中空板状の形状を有し、複数の放熱フィンは、第1表面および第2表面の少なくとも一方に形成されている。このように構成すれば、航空機エンジン内の湾曲面(ファンケーシングの内周面など)に沿うように形成されたサーフェスクーラにおいて、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能となる。 In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the core portion has a curved shape along a curved surface in the aircraft engine, and a first surface opposite to the curved surface, and a first surface Has a hollow plate shape having an opposite second surface, and the plurality of heat radiation fins are formed on at least one of the first surface and the second surface. According to this structure, in the surface cooler formed along the curved surface (such as the inner circumferential surface of the fan casing) in the aircraft engine, it is possible to meet the weight restriction and the size restriction, and increase the pressure loss. It is possible to improve the amount of heat exchange without
本発明によれば、上記のように、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能な航空機エンジン用の熱交換器を提供することができる。 According to the present invention, as described above, a heat exchanger for an aircraft engine is provided that is adaptable to weight and size limitations and that can improve the amount of heat exchange without increasing the pressure loss. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
図1〜図11を参照して、本実施形態による熱交換器100の構成について説明する。本実施形態による熱交換器100は、航空機エンジン用の熱交換器であり、特に、航空機エンジン内に搭載され、航空機エンジン内の空気流と熱交換を行う空冷式の熱交換器(冷却器)として設けられている。航空機エンジンは、ガスタービンエンジンなど、筒状のケーシング内に外部から取り込んだ空気を利用して推進力を発生するタイプのエンジンであり、ケーシング内に高速の空気流が発生する。冷却対象流体は、たとえば、エンジンの潤滑油、エンジンにより駆動させる発電機の潤滑油などである。
The configuration of the
(熱交換器の全体構成)
図1〜図3を参照して、熱交換器100の全体構成を説明する。図1の構成例では、熱交換器100は、サーフェスクーラとして構成されている。サーフェスクーラは、板状のコア部1の表面に設けた放熱フィン2に沿って流れる空気流によって、コア部1の内部を流れる冷却対象流体を冷却するタイプの熱交換器である。この場合、熱交換器100は、全体として湾曲した板状形状に形成され、航空機エンジン内の湾曲面S(図2参照)に沿うように配置される。航空機エンジン内の湾曲面Sは、たとえばエンジンのファンケーシングの内周面であるが、空気流にさらされる部位であればエンジン内のどのような部位に設置されてもよい。
(Whole structure of heat exchanger)
The entire configuration of the
熱交換器100は、典型的には、概ね円筒状の湾曲面Sに沿って周方向(C方向)に1/n周(nは自然数)程度の長さに設けられる。たとえば、熱交換器100は、1/8周程度の長さに形成されるが、熱交換器100は、航空機エンジン内の湾曲面Sの実質的に全周にわたって延びる円環状形状であってもよい。空気流は、概ね航空機エンジン内の軸方向(タービンの回転軸方向)であるA方向(図1参照)に沿って流れる。航空機エンジン内の湾曲面Sは、必ずしも完全な円筒状曲面にはならないため、その場合の熱交換器100の曲率半径は、軸方向(A方向)の位置によって異なる。
The
図1および図2に示すように、熱交換器100は、冷却対象流体を流通させるコア部1と、コア部1の表面10(図2参照)に設けられた複数の板状の放熱フィン2とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
コア部1は、航空機用エンジン内の湾曲面Sに沿う湾曲形状を有する。コア部1は、湾曲面Sと対向する第1表面10aと、第1表面10aとは反対側の第2表面10bとを有する中空板状の形状を有する。コア部1の内部には、流路3(図3参照)が形成されている。図3に示すように、コア部1は、第1表面10a側の第1部材11と、第2表面10b側の第2部材12とが、板厚方向に重ね合わされて構成されている。第2部材12の内表面には、凹部からなる流路3が形成されており、流路3内にコルゲートフィン31が配置されている。流路3の開放面側が第1部材11によって覆われることにより、コア部1の内部に冷却対象流体を流通させる流路3が構成されている。
The
流路3は、往路3aと復路3bとを含んだ折り返し形状を有する。往路3aおよび復路3bは、第2部材12に形成された周壁12aおよび仕切部12bによって区画されている。往路3aは、コア部1の長手方向(C方向)の一端から他端にわたって延び、復路3bは、コア部1の長手方向の他端から一端にわたって延びる。往路3aと復路3bとは、コア部1の他端側で連通している。第1部材11の長手方向の一端部に、流入ポート13aと流出ポート13bとを有するヘッダ部13が設けられている。流入ポート13aは、コア部1の一端側において往路3aと外部とを連通させる。流出ポート13bは、コア部1の一端側において復路3bと外部とを連通させる。流入ポート13aおよび流出ポート13bの各々は、図示しない冷却対象流体の流通経路に接続される。
The
コルゲートフィン31は、流路3(往路3a、復路3b)の延びる方向と直交する方向(流路幅方向)に波状に形成された板状フィンである。コルゲートフィン31は、厚み方向の両側の第1部材11および第2部材12とそれぞれ接合され、流路3の内部を複数の微細な流路に区画している。
The
複数の放熱フィン2は、第1表面10aおよび第2表面10bの少なくとも一方に形成されている。図1〜図3の構成例では、複数の放熱フィン2が第1表面10aおよび第2表面10bの両方に設けられている。複数の放熱フィン2は、第1表面10aおよび第2表面10bの一方にのみ設けられてもよい。各放熱フィン2は、板状形状を有する。各放熱フィン2は、各表面10から略垂直な方向に直立して設けられている。複数の放熱フィン2は、互いに平行に、略等間隔(略等ピッチ)で設けられている。図1において、複数の放熱フィン2は、コア部1の短手方向(A方向)に沿って延びている。つまり、複数の放熱フィン2は、航空機エンジン内の軸方向(A方向)に沿って延びる。なお、複数の放熱フィン2は、軸方向(A方向)に対して傾斜してもよい。また、複数の放熱フィン2は、平行でなくてもよく、フィン間の間隔も一定でなくてもよい。個々の放熱フィン2の構造については、後述する。
The plurality of
コア部1は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、銅、インコネル(登録商標)などからなる。放熱フィン2の材質も、コア部1と同様である。放熱フィン2は、たとえば第1部材11および第2部材12を構成する板材に対する加工(切削加工など)によって第1部材11および第2部材12の各々に一体形成される。コア部1は、たとえば、第1部材11、第2部材12、コルゲートフィン31を組み立ててろう付けなどによって互いに接合することにより、形成される。なお、複数の放熱フィン2は、たとえば第1部材11および第2部材12とは別個に形成されて第1部材11および第2部材12の各々に取り付けられてもよい。
The
図3に示したように、冷却対象流体は、ヘッダ部13の流入ポート13aからコア部1の内部の流路3に流入する。冷却対象流体は、流路3内でコルゲートフィン31によって区画された微細な流路部分に分配されて、往路3a、復路3bを順に流れる。一方、コア部1の外側では、航空機エンジンの稼働に伴って、高速の空気流がコア部1の表面10の各放熱フィン2に沿って通過する。その結果、コア部1の内部(流路3内)を流れる冷却対象流体と、外部の空気流との間で、コア部1および各放熱フィン2を介して熱交換が行われる。つまり、高温の冷却対象流体の熱がコルゲートフィン31、第1部材11および第2部材12を介して各放熱フィン2に伝達し、各放熱フィン2から外部の空気流に対して放出される。冷却された冷却対象流体は、ヘッダ部13の流出ポート13bから熱交換器100の外部に流出し、冷却対象流体が利用される装置(エンジンや発電機など)に戻される。
As shown in FIG. 3, the fluid to be cooled flows from the
[第1実施形態]
(放熱フィン)
次に、第1実施形態による熱交換器100の放熱フィン2の形状について説明する。図1〜図3に示した熱交換器100の個々の放熱フィン2は、詳細には図4に示したような形状に形成されている。図4は、放熱フィン2の延びる方向(A方向)に対して直交する断面における放熱フィン2の形状を示している。図4の下側が、コア部1の表面10側である。以下、放熱フィン2がコア部1の表面10から突出する方向(表面10と直交する方向)を放熱フィン2の高さ方向とする。図4の左右方向が放熱フィン2の厚み方向であり、高さ方向および厚み方向と直交する奥行き方向は、A方向に一致する。なお、図1〜図3では、便宜的に、各放熱フィン2を単純な平板状形状として簡略化して図示している。
First Embodiment
(The radiation fin)
Next, the shape of the
図4に示すように、放熱フィン2は、第1部分21と、第2部分22と、接続部分23とを含む。第1部分21は、コア部1の表面10から立ち上がる根元側部分である。第2部分22は、放熱フィン2のうちで第1部分21よりも先端側に配置された部分である。第2部分22は、第1部分21よりも小さい厚みを有する。接続部分23は、第1部分21と第2部分22との間を接続する傾斜した部分である。言い換えると、接続部分23は、厚みの異なる第1部分21と第2部分22との間で厚みが変化する部分である。接続部分23は、第1部分21および第2部分22に対して傾斜した部分である。第1部分21、第2部分22および接続部分23は、一体的に形成されている。
As shown in FIG. 4, the
放熱フィン2は、コア部1の表面10からの総高さY(高さ方向寸法)を有する。総高さYは、たとえば10mm〜50mm程度の範囲で設定され、航空機エンジン内の寸法制限に従って所定値以内に制限される。
The
第1部分21および第2部分22は、それぞれ、放熱フィン2の高さ方向に沿って延びる。第1部分21および第2部分22のそれぞれは、厚み方向の両方の側面部が直線状となっている。第1実施形態では、第1部分21および第2部分22は、それぞれ、厚み(厚み方向寸法)が略一定の平板状部分である。すなわち、第1部分21は、厚みX、高さ方向の長さy1を有し、同一断面形状で奥行き方向に延びる平板状部分である。第1部分21は、下端部でコア部1の表面10に接続している。第2部分22は、厚みx、高さ方向の長さy2を有し、同一断面形状で奥行き方向に延びる平板状部分である。第2部分22の上端部が放熱フィン2の先端を構成している。上記の通り、厚みx<厚みXの関係となっている。第1部分21の厚みXは、放熱フィン2の最大厚みに等しい。
The
接続部分23は、下端部で第1部分21に接続し、上端部で第2部分22に接続している。接続部分23は、高さ方向の長さhを有する。接続部分23は、高さyの位置に形成されている。接続部分23の形成位置の高さは、表面10から接続部分23の中心(h/2)の位置までの距離とする。
The connecting
接続部分23は、厚み方向の両側に一対の側面部23a、23bを有する。接続部分23は、少なくとも1つの傾斜した側面部を有する。つまり、側面部23a、23bは、図4のように両側が傾斜面となっているか、または片側が傾斜面(図13参照)となっている。なお、本明細書において、接続部分23または側面部23a、23bが傾斜しているとは、第1部分21および第2部分22に対して傾斜していることを意味する。また、接続部分23は、放熱フィン2の高さ方向に対して傾斜している。傾斜した側面部は、側面部が放熱フィン2の高さ方向と平行となる形状、および側面部が放熱フィン2の高さ方向に対して垂直(厚み方向と平行)となる形状を含まない。
The
接続部分23の厚みは、傾斜した側面部23aおよび23bによって、第1部分21の厚みXと第2部分22の厚みxとの間で変化する。図4の例では、接続部分23の最大厚みは厚みXに等しく、接続部分23の最小厚みは厚みxに等しい。側面部23a、23bは、第2部分22に向かって接続部分23の厚みが小さくなるように傾斜している。側面部23aおよび23bは、直線状の傾斜面として形成されている。つまり、側面部23aおよび23bの傾斜角度θは、接続部分23の全体に亘って略一定である。略一定とは、放熱フィン2の加工上の制約や、寸法誤差等によって、上端部および下端部の傾斜角度を変化させたり、傾斜角度がばらつくことを許容することを意味する。図4の例では、側面部23aおよび23bの傾斜角度θは略同一である。
The thickness of the
放熱フィン2は、1つの第1部分21と1つの第2部分22とが1つの接続部分23により接続された形状を有する。つまり、放熱フィン2は、1つの第1部分21と1つの第2部分22と、1つの接続部分23との3部分によって構成されている。放熱フィン2は、高さ方向の途中位置(接続部分23)で厚みが絞られた形状に形成されている。
The
第1実施形態では、放熱フィン2は、両側面20a、20bにそれぞれ、接続部分23の傾斜した側面部23a、23bが形成されている。図4の例では、図中左側(一方側)の側面20aと、図中右側(他方側)の側面20bとの両方に、傾斜した側面部23a、23bがそれぞれ形成されている。
In the first embodiment, the side surfaces 23a and 23b of the connecting
放熱フィン2は、左右対称形状となっている。第1部分21、第2部分22、接続部分23は、厚み方向における中心が一致している。放熱フィン2の一方側の側面20aと、他方側の側面20bとは、厚み方向の中心を挟んで対称形状を有する。
The
(放熱フィンの寸法関係)
次に、放熱フィン2の各部の寸法の関係について説明する。第1実施形態では、放熱フィン2は、放熱フィン2における接続部分23の形成位置の高さy、第1部分21の厚みX、第2部分22の厚みx、接続部分23の長さhなどが、所定の関係を満たすように形成されている。
(Dimension relationship of radiation fin)
Next, the relationship of the dimensions of each part of the
図5〜図10は、放熱フィン2の各寸法を可変パラメータとして熱交換量の改善率(増加率)を算出した数値流体力学(Computational fluid dynamics)に基づくシミュレーションの計算結果である。第1実施形態の放熱フィン2の形状が満たすべき所定の関係は、このシミュレーションの計算結果に基づいて導出された。以下、放熱フィン2の形状を計算結果と共に説明する。
FIGS. 5-10 is a calculation result of the simulation based on Computational fluid dynamics (computational fluid dynamics) which computed the improvement rate (increase rate) of heat exchange amount by making each dimension of the
シミュレーションでは、空気流を3次元定常、圧縮性流れとし、k−ε乱流モデルを用いて計算した。シミュレーション条件として、空気側の流速=100[m/s]、温度=40[℃]、1気圧とし、高温側(コア部1の表面10)の温度=150[℃]とした。放熱フィン2は、アルミニウム製と想定して密度(2702.0[kg/m3])および熱伝導率(237.0[W/(m・K)])を設定した。
In the simulation, the air flow was assumed to be a three-dimensional steady, compressible flow, and calculated using a k- [epsilon] turbulence model. As the simulation conditions, the flow velocity on the air side = 100 [m / s], the temperature = 40 [° C.], and 1 atm, and the temperature on the high temperature side (the
シミュレーションでは、熱交換量の改善率の指標として、図11に示す比較例を基準(改善率=1)とした。比較例は、根元側と先端側とが同一の厚みXcとなるように形成された矩形断面を有する平板形状の放熱フィンCFである。 In the simulation, the comparative example shown in FIG. 11 is used as a reference (improvement rate = 1) as an index of the improvement rate of the heat exchange amount. The comparative example is a flat heat radiation fin CF having a rectangular cross section formed so that the root side and the tip side have the same thickness Xc.
比較例および第1実施形態の放熱フィン2(CF)の総高さYについては、Y=10[mm]、20[mm]、30[mm]の3パターン(図9および図10を除く)について計算を行った。比較例および第1実施形態の放熱フィン2(CF)は、奥行き方向(流れ方向)の長さを150[mm]とし、奥行方向の全長にわたって断面形状が一定(図4および図11参照)とした。比較例の放熱フィンCFの厚みXcは、放熱フィンCFと第1実施形態の放熱フィン2とで、重量が一致するように設定した。ここでは、放熱フィン2および放熱フィンCFが断面形状一定で奥行き方向の長さが等しいと仮定しているため、重量が等しいとは、断面積が等しいことを表す。
About total height Y of radiation fin 2 (CF) of a comparative example and a 1st embodiment, three patterns of Y = 10 [mm], 20 [mm], and 30 [mm] (except FIG. 9 and FIG. 10) Calculations were made for In the radiation fin 2 (CF) of the comparative example and the first embodiment, the length in the depth direction (flow direction) is 150 [mm], and the cross-sectional shape is constant over the entire length in the depth direction (see FIGS. 4 and 11). did. The thickness Xc of the radiation fin CF of the comparative example was set such that the weight of the radiation fin CF and the weight of the
計算は、(観点1)接続部分23の形成位置の高さy、(観点2)第2部分22の厚みx、(観点3)高さ方向における接続部分23の長さh(すなわち、接続部分23の形成範囲)、の3観点について行った。
The calculation is as follows: (point 1) height y of the formation position of the connecting
(観点1)接続部分23の形成位置の高さy(図4参照)は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分23の形成位置までの高さyの比y/Yとして、一般化することができる。比y/Yが小さいほど、接続部分23が放熱フィン2の根元側に配置され、比y/Yが大きいほど、接続部分23が放熱フィン2の先端側に配置されることになる。なお、y/Y=0(y=0)のときは第1部分21が形成されず、y/Y=1(y=Y)のときは第2部分22が形成されないため、比y/Yが計算上でとりうる範囲としては、0<y/Y<1となる。
(Viewpoint 1) The height y (see FIG. 4) of the formation position of the
(観点2)第2部分22の厚みxは、第2部分22の厚みxに対する第1部分21の厚みXの比X/xとして、一般化することができる。比X/xの値が1のとき、比較例と同じ矩形断面となり、比X/xの値が1よりも大きい場合に先端側の第2部分22が絞られた形状となる。比X/xが小さいほど、放熱フィン2の先端側の絞り(第2部分22と第1部分21との厚みの差)が小さく、比X/xが大きいほど、放熱フィン2の先端側の絞りが大きくなって、第2部分22が相対的に薄くなる。第1実施形態では、x<Xであるので、比X/xが計算上でとりうる範囲としては、1<X/xとなる。
(Aspect 2) The thickness x of the
(観点3)高さ方向における接続部分23の長さhは、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、放熱フィン2の高さ方向における接続部分23の長さhの比h/Yとして、一般化することができる。比h/Yの値が小さいほど、接続部分23の傾斜角度θが大きくなり、接続部分23が直角の段差形状に近付く。比h/Yの値が大きいほど、接続部分23の傾斜角度θが小さくなり、放熱フィン2が平板形状に近付く。第1実施形態では、接続部分23が傾斜しているのでh/Y>0となり、h/Y=1のとき第1部分21および第2部分22が形成されないため、比h/Yが計算上でとりうる範囲としては、0<h/Y<1となる。
(Viewpoint 3) The length h of the
計算では、(観点1)の比y/Y、(観点2)の比X/x、(観点3)の比h/Yのいずれかを可変パラメータとし、他のパラメータを固定パラメータとして、それぞれの観点毎に計算を行った。 In the calculation, one of the ratio y / Y of (viewpoint 1), the ratio X / x of (viewpoint 2), and the ratio h / Y of (viewpoint 3) is taken as a variable parameter, and the other parameters are taken as fixed parameters. Calculation was done for each viewpoint.
〈接続部分の形成位置〉
総高さYに対する接続部分23の形成位置の高さyの比y/Y(観点1)について説明する。図5は、比y/Yを変化させた場合の、比較例(改善率=1)に対する熱交換量の改善率の変化を示し、図6は、比y/Yを変化させた場合の、比較例(比率=1)に対する圧力損失の比率の変化を示している。各図において、それぞれ複数の計算結果をプロットし、近似曲線を求めた。図5、図6は、比y/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比X/x=2.2、比h/Y=0を設定したものである。なお、比h/Y=0は、接続部分23が直角(傾斜角度θ=90度)の段差形状となる場合を表し、可変パラメータの評価のために便宜的に設定したものである。
<Formation position of connection part>
The ratio y / Y (viewpoint 1) of the height y of the formation position of the
図5および図6の計算結果に基づき、第1実施形態では、放熱フィン2は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分23の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。
Based on the calculation results of FIG. 5 and FIG. 6, in the first embodiment, the
具体的には、図5では、総高さYの各々において共通する傾向として、比y/Y=0.5付近で改善率が最大となっており、約3.5%から約4.8%程度の改善率となっている。比y/Y=0.5から両側に離れるに従って改善率が漸減している。0.34<y/Y<0.64の範囲で、概ね2%(約1.8%)以上の改善率が得られている。図6では、比y/Y=0.34の場合に、Y=20mmで圧力損失が比較例(=1.00)を超えるものの、0.34<y/Yの範囲で急激に低下して比較例を下回ることがわかる。Y=10mmおよび30mmでは圧力損失が一貫して比較例を下回っている。そこで、比y/Yを、0.34<y/Y<0.64とすることにより、比較例に対して圧力損失が上回ることなく、約2%以上の改善率が期待できる。 Specifically, in FIG. 5, the improvement rate becomes maximum around ratio y / Y = 0.5 as a tendency common to each of the total height Y, and it is about 3.5% to about 4.8. The improvement rate is about%. The rate of improvement gradually decreases with the ratio y / Y = 0.5. An improvement rate of about 2% (about 1.8%) or more is obtained in the range of 0.34 <y / Y <0.64. In FIG. 6, when the ratio y / Y = 0.34, although the pressure loss exceeds the comparative example (= 1.00) at Y = 20 mm, it falls sharply in the range of 0.34 <y / Y. It turns out that it is less than a comparative example. At Y = 10 mm and 30 mm, the pressure drop is consistently below the comparative example. Therefore, by setting the ratio y / Y to 0.34 <y / Y <0.64, an improvement rate of about 2% or more can be expected without the pressure loss exceeding that of the comparative example.
なお、接続部分23の形成位置までの高さyは接続部分23の高さ方向の中心(h/2)を基準とするため、たとえば比y/Yが上記範囲の上限または下限近傍の値をとるときは、接続部分23の下端部が総高さYの34%の位置よりも低い位置に配置されてもよいし、接続部分23の上端部が総高さYの64%の位置よりも高い位置に配置されてもよい。
In addition, since the height y to the formation position of the
また、好ましくは、比y/Yは、0.42<y/Y<0.64の関係を満たす。この場合、いずれの総高さYにおいても、圧力損失が比較例を下回り、かつ熱交換量について比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。より好ましくは、比y/Yは、0.45<y/Y<0.59の関係を満たす。この場合、いずれの総高さYにおいても、熱交換量についてピーク近傍の改善率が達成できる。特に、Y=20mm、Y=30mmでは、4%以上の改善率が期待できる。 Also preferably, the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.42 <y / Y <0.64. In this case, at any total height Y, the pressure loss is lower than the comparative example, and an improvement rate of about 3% or more can be expected with respect to the heat exchange amount with respect to the comparative example. More preferably, the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.45 <y / Y <0.59. In this case, at any total height Y, an improvement rate near the peak can be achieved with respect to the heat exchange amount. In particular, at Y = 20 mm and Y = 30 mm, an improvement rate of 4% or more can be expected.
〈第2部分の厚み〉
第2部分22の厚みxに対する第1部分21の厚みXの比X/x(観点2)について説明する。図7、図8は、比X/xを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比h/Y=0を設定した場合の、熱交換量の改善率(図7)および比較例に対する圧力損失の比率(図8)を示している。図7および図8において、比較例(図11参照)は比X/x=1に相当する。
<Thickness of second part>
The ratio X / x of the thickness X of the
図7および図8の計算結果に基づき、放熱フィン2は、第2部分22の厚みxに対する第1部分21の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されていることが好ましい。
Based on the calculation results of FIG. 7 and FIG. 8, the
図7では、総高さYの各々において共通する傾向として、比X/x=2.2付近で改善率が最大となっている(約3.5%から約4.8%程度)。そして、比X/x=2.2から両側に離れるに従って改善率が減少する傾向がある。比X/x=1で改善率が0%となっており、1.0<X/x<5.4の範囲で改善率が比較例を上回る。図8の圧力損失の比率では、比X/xがX/x=1.0から増大するに従って圧力損失が単調減少している。そこで、比X/xを、1.0<X/x<5.4の範囲に設定する場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、熱交換量の改善が期待できる。 In FIG. 7, the improvement rate is maximum around the ratio X / x = 2.2 (about 3.5% to about 4.8%) as a tendency common to each of the total heights Y. Then, the improvement rate tends to decrease as the distance from the ratio X / x = 2.2 to both sides. The improvement rate is 0% at the ratio X / x = 1, and the improvement rate exceeds the comparative example in the range of 1.0 <X / x <5.4. In the pressure loss ratio of FIG. 8, the pressure loss monotonously decreases as the ratio X / x increases from X / x = 1.0. Therefore, when the ratio X / x is set in the range of 1.0 <X / x <5.4, an improvement in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss in the comparative example.
ここで、航空機エンジン用の熱交換器100としては、一般に、放熱フィン2の最大厚みXは概ね3mm未満であり、2mm未満や、1mm前後にもなり得る。このため、比X/xが5.4を超える場合、第2部分22の厚みxが小さくなり過ぎ、加工性(加工し易さ)が低下する可能性がある。そこで、比X/xを、1.0<X/x<5.4とする場合、比較例に対して熱交換量を改善しつつ、加工性を確保することができる。
Here, as the
また、より好ましくは、比X/xは、1.5<X/x<4.5の関係を満たす。1.5<X/x<4.5の範囲では、いずれの総高さYにおいても、改善率が概ね2%以上となることがわかる。そして、圧力損失も比較例を下回る。そのため、比X/xを、1.5<X/x<4.5とすることにより、圧力損失を増大させることなく、熱交換量で比較例に対して約2%以上の改善率が期待できる。 Also, more preferably, the ratio X / x satisfies the relationship of 1.5 <X / x <4.5. In the range of 1.5 <X / x <4.5, it can be seen that the improvement rate is approximately 2% or more at any total height Y. And pressure loss is also less than a comparative example. Therefore, by setting the ratio X / x to 1.5 <X / x <4.5, an improvement rate of about 2% or more over the comparative example is expected in heat exchange amount without increasing the pressure loss. it can.
さらに好ましくは、比X/xは、2.0<X/x<4.2の関係を満たす。この場合、最も改善率の小さいY=10mmに着目しても、比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。そのため、比X/xを、2.0<X/x<4.2とすることにより、圧力損失を増大させることなく、熱交換量で比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。 More preferably, the ratio X / x satisfies the relationship 2.0 <X / x <4.2. In this case, even when focusing on Y = 10 mm, which is the smallest improvement rate, an improvement rate of about 3% or more can be expected relative to the comparative example. Therefore, by setting the ratio X / x to 2.0 <X / x <4.2, an improvement rate of about 3% or more over the comparative example is expected in heat exchange amount without increasing the pressure loss. it can.
〈接続部分の長さ〉
放熱フィン2の総高さYに対する接続部分23の長さhの比h/Y(観点3)について説明する。図9および図10は、比h/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比X/x=2.2を設定した場合の、熱交換量の改善率(図9)および比較例に対する圧力損失の比率(図10)を示している。この計算については、放熱フィン2の総高さY=20mmとした。
<Length of connected part>
The ratio h / Y (viewpoint 3) of the length h of the
図9および図10の計算結果に基づき、第1実施形態では、放熱フィン2は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、放熱フィン2の高さ方向における接続部分23の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されていることが好ましい。
Based on the calculation results of FIG. 9 and FIG. 10, in the first embodiment, the
図9では、0<h/Y<0.50付近の範囲で改善率が最大値近傍の略一定値となっている(約3.5%)。そして、なだらかではあるが、比h/Y=0.4から増大するに従って、改善率が単調減少している。比h/Y=0.64においても、改善率は3%を超えている。図10では、比h/Y=0から増大するに従って、圧力損失は単調増加するが、いずれの場合も比較例(=1.00)よりも低い値となっている。そこで、比h/Yを、0<h/Y<0.64の範囲とすることにより、圧力損失を増大させることなく、熱交換量で比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。 In FIG. 9, the improvement rate is substantially constant (about 3.5%) near the maximum value in the range of 0 <h / Y <0.50. And although it is gentle, the improvement rate monotonously decreases as it increases from the ratio h / Y = 0.4. Even at the ratio h / Y = 0.64, the improvement rate exceeds 3%. In FIG. 10, as the ratio h / Y = 0 increases, the pressure loss monotonously increases, but in each case, the value is lower than that of the comparative example (= 1.00). Therefore, by setting the ratio h / Y in the range of 0 <h / Y <0.64, an improvement rate of about 3% or more over the comparative example is expected in heat exchange amount without increasing the pressure loss. it can.
より好ましくは、比h/Yは、0<h/Y<0.40の関係を満たす。この場合、比較例に対して最大値近傍の約3.5%の改善率が期待できる。さらに好ましくは、比h/Yは、0<h/Y<0.20の関係を満たす。図10において、0<h/Y<0.20の範囲では、圧力損失の上昇傾向が緩やかで、概ね一定と見なせる。h/Y=0.20を超えると、比h/Yの増大に伴う圧力損失の傾きが大きくなる。そのため、比h/Yを、0<h/Y<0.20の範囲とすることにより、比較例に対して約3.5%以上の改善率が期待でき、さらに圧力損失を効果的に小さくすることができる。
More preferably, the ratio h / Y satisfies the relationship of 0 <h / Y <0.40. In this case, an improvement rate of about 3.5% near the maximum value can be expected for the comparative example. More preferably, the ratio h / Y satisfies the
〈計算結果について〉
空気流れ方向(奥行き方向、A方向)の寸法が同一の場合、放熱フィン2の重量は、断面積によって決まる。上記計算は、図11の比較例と同一高さで同一断面積となる条件で行ったため、第1実施形態の放熱フィン2では、比較例と比べて高さ寸法および重量を変更することがない。従って、図5〜図10の計算結果から第1実施形態の放熱フィン2は、重量制限や寸法制限に適合させながら、熱交換量を改善可能である事が分かる。また、図6、図8および図10の圧力損失の計算結果から、さらに圧力損失を低減可能である事が分かる。
<About calculation results>
If the dimensions in the air flow direction (depth direction, A direction) are the same, the weight of the
〈放熱フィンの構成例〉
図12(A)〜(D)は、上記の計算結果から得られた各パラメータ範囲に含まれる放熱フィン2の形状の具体例である。図12(A)の放熱フィン2aは、比y/Y=0.50、比X/x=2.2、比h/Y=0.10、の関係を満たすように形成されている。図12(B)の放熱フィン2bは、比y/Y=0.43、比X/x=1.6、比h/Y=0.20、の関係を満たすように形成されている。図12(C)の放熱フィン2cは、比y/Y=0.35、比X/x=5.3、比h/Y=0.40、の関係を満たすように形成されている。図12(D)の放熱フィン2dは、比y/Y=0.63、比X/x=4.4、比h/Y=0.63、の関係を満たすように形成されている。第1実施形態の熱交換器100における放熱フィン2は、このように比y/Y、比X/x、比h/Yの各パラメータについて、上記パラメータ範囲に含まれる様々な変形例が含まれうる。
<Example of configuration of heat radiation fin>
12A to 12D are specific examples of the shape of the
(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the first embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.
第1実施形態では、上記のシミュレーション結果(図5および図6参照)に基づき、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィン2を形成するので、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、概ね2%以上(約1.8%以上)の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。その結果、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることができる。
In the first embodiment, the
また、上記のシミュレーション結果(図7および図8参照)に基づき、比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、圧力損失を増大させることなく熱交換量の改善を図ることが可能となる。また、厚みの比(X/x)が1.0<X/x<5.4の範囲では、第2部分22と第1部分21との厚みの差が大きく(または小さく)なり過ぎることがないため、実際に放熱フィン2を形成する際の放熱フィン2の加工性(加工し易さ)を確保することができる。
Further, based on the above simulation results (see FIGS. 7 and 8), when forming the
また、上記のシミュレーション結果(図9および図10参照)に基づき、比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、少なくとも3%以上の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。
Further, based on the above simulation results (see FIGS. 9 and 10), when forming the
また、第1部分21および第2部分22を、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分とするので、第1部分21および第2部分22の少なくとも一方を厚みが変化する曲面状部分にする場合と異なり、第1部分21および第2部分22を平板状にするだけでよいので、放熱フィン2の加工性を損なうことがない。
In addition, since the
また、放熱フィン2を、第1部分21と第2部分22とが1つの接続部分23により接続された形状とするので、複数の接続部分23によって複数段階に傾斜した断面形状の放熱フィンを形成する場合と比較して、放熱フィン2の形状を簡素化することができる。その結果、放熱フィン2の厚みを変化させる構成においても、放熱フィン2の加工性の低下を極力抑制することができる。
Further, since the
また、湾曲面Sに沿う湾曲形状を有するコア部1の第1表面10aおよび第2表面10bの少なくとも一方に複数の放熱フィン2を形成するので、航空機エンジン内の湾曲面Sに沿うように形成されたサーフェスクーラにおいて、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能となる。
In addition, since a plurality of
また、放熱フィン2の両側面20a、20bにそれぞれ、接続部分23の傾斜した側面部23a、23bを設けるので、一方側と他方側との各々に傾斜した側面部23a、23bが形成された放熱フィン2を得ることができるので、航空機エンジン内で旋回する空気流に対して放熱フィンのどちらの側面が面していても、熱交換性能に大きな差異が生じない。つまり、航空機エンジン内の空気流は、主としてA方向に向かうが、ファンケーシングの内周面に沿って旋回するような流れが生じるため、両側面20a、20bの形状が大きく異なる場合、空気流の旋回方向に対して放熱フィンのどちらの側面を向けるかを考慮する必要がある。そのため、第1実施形態では、航空機エンジン内の空気流の向きに対する放熱フィン2の向きなどの影響を抑制することができるので、熱交換器の設計を容易に行える。特に、側面部23a、23bの傾斜角度θを一致させ、左右対称の放熱フィン2とする場合には、空気流の向きに対して側面20a、20bのどちらが面していても同等の熱交換性能を得ることができる。
Further, since the
また、シミュレーション結果(図9および図10参照)に基づき、比h/Yが、0<h/Y<0.40の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について概ね3.5%程度の高い改善効果を実現することが可能となる。
Also, based on the simulation results (see FIGS. 9 and 10), when forming the
[第2実施形態]
図13〜図20を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態による熱交換器200(図1〜図3参照)は、放熱フィン2の両側面にそれぞれ、接続部分23の傾斜した側面部23a、23bを形成した上記第1実施形態とは異なり、放熱フィン102の一方側の側面120aを平坦面とし、他方側の側面120bに接続部分123の傾斜した側面部123bを形成した例について説明する。なお、第2実施形態において、放熱フィン102の形状以外の構成は上記第1実施形態と同様であるので、同一の符号を用いることとし、説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 20. The heat exchanger 200 (see FIGS. 1 to 3) according to the second embodiment is different from the first embodiment in which the
(放熱フィン)
図13に示すように、第2実施形態の放熱フィン102は、第1部分121と、第2部分122と、接続部分123とを含む。放熱フィン102は、1つの第1部分121と1つの第2部分122とが1つの接続部分123により接続された形状を有する。第1部分121および第2部分122は、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分である。
(The radiation fin)
As shown in FIG. 13, the
なお、第2実施形態においても、放熱フィン102の各部の寸法については、上記第2実施形態と同じ符号を用いることとする。すなわち、以下の説明において、コア部1の表面10からの放熱フィン102の総高さY、第1部分121の厚みX、第2部分122の厚みx、接続部分123の高さ方向の長さhを用いる。
Also in the second embodiment, the same reference numerals as those in the second embodiment are used for the dimensions of each part of the
第2実施形態では、放熱フィン102は、一方側の側面120aが平坦面であり、他方側の側面120bにおいて接続部分123の傾斜した側面部123bが形成されている。図13の例では、図中左側(一方側)の側面120aが、高さ方向と略平行な平坦面に形成されている。図中右側(他方側)の側面120bに、傾斜した側面部123bが形成されている。
In the second embodiment, the
一方側の側面120aは、第1部分121、第2部分122、接続部分123の各側面部が同一平面内に形成されることにより、表面10から直線状に立ち上がった平坦面となっている。したがって、厚み方向において、第1部分121、第2部分122、接続部分123のそれぞれの一方側の側面部の位置が一致している。
The
他方側の側面120bでは、第1部分121、第2部分122、接続部分123の各側面部が厚み方向の異なる位置に形成されている。第1部分121の他方側の側面部は、側面120aから距離Xの位置に配置され、第2部分122の他方側の側面部は、側面120aから距離xの位置に配置されている。接続部分123の傾斜した側面部123bが、第1部分121の厚みXと第2部分122の厚みxとの差分だけ第2部分122に向かって厚みが減少するように傾斜している。
On the
このように第2実施形態では、放熱フィン102は、他方側にのみ傾斜した側面部123bが設けられているため、左右対称ではなく、全体として一方側に偏った形状を有する。放熱フィン102は、厚み方向において図13に示した形状と対称になる形状としてもよい。つまり、放熱フィン102の一方側の側面120aに傾斜した側面部123bを設けて、他方側の側面120bを平坦面としてもよい。
As described above, in the second embodiment, since the
(放熱フィンの寸法関係)
次に、放熱フィン102の各部の寸法の関係について説明する。
(Dimension relationship of radiation fin)
Next, the relationship of the dimensions of each part of the
図14〜図19は、放熱フィン102の各寸法を可変パラメータとして熱交換量の改善率(増加率)を算出したシミュレーションの計算結果である。第2実施形態におけるシミュレーションの計算条件は、上記第1実施形態と同様である。上記第1実施形態では、放熱フィン102(CF)の総高さYについては、Y=10[mm]、20[mm]、30[mm]の3パターンで網羅的に計算を行ったが、第2実施形態では、総高さYの代表値として、Y=20[mm]について計算を行い、熱交換量の改善率および圧力損失を評価した。第2実施形態においても、比y/Y、比X/x、比h/Yをそれぞれ可変パラメータとしたシミュレーションを行った。
FIG. 14 to FIG. 19 show the calculation results of the simulation in which the improvement rate (increase rate) of the heat exchange amount is calculated with each dimension of the
〈接続部分の形成位置〉
総高さYに対する接続部分123の形成位置の高さyの比y/Y(観点1)について説明する。図14および図15は、比y/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比X/x=2.2、比h/Y=0を設定したものである。
<Formation position of connection part>
The ratio y / Y (viewpoint 1) of the height y of the formation position of the
図14および図15の計算結果に基づき、第2実施形態では、第1実施形態と同様、放熱フィン102は、コア部1の表面10からの放熱フィン102の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分123の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。
Based on the calculation results of FIG. 14 and FIG. 15, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
具体的には、図14では、0.34<y/Y<0.64の範囲で、約1.8%〜約3.4%程度の改善率となっており、比y/Y=0.57付近で改善率が最大(約3.4%)となっている。一方、図15の圧力損失の比率では、比y/Yが大きくなるに従って、比y/Y=0.44付近で圧力損失が最小(約0.985)になった後、漸増して比y/Y=0.64で比較例と同等(約1)になり、比y/Yが0.64を超えると比較例よりも圧力損失が増大する事がわかる。そこで、比y/Yを、0.34<y/Y<0.64とすることにより、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約1.8%以上の熱交換量の改善が期待できる。 Specifically, in FIG. 14, the improvement ratio is about 1.8% to about 3.4% in the range of 0.34 <y / Y <0.64, and the ratio y / Y = 0 The improvement rate is maximum (about 3.4%) around .57. On the other hand, in the pressure loss ratio of FIG. 15, the pressure loss becomes minimum (about 0.985) near the ratio y / Y = 0.44 as the ratio y / Y increases, and then gradually increases and the ratio y It turns out that it becomes equivalent (about 1) to a comparative example by /Y=0.64, and if ratio y / Y exceeds 0.64, pressure loss will increase rather than a comparative example. Therefore, by setting the ratio y / Y to 0.34 <y / Y <0.64, the improvement of the heat exchange amount of about 1.8% or more is achieved without increasing the pressure loss relative to the comparative example. I can expect it.
また、好ましくは、比y/Yは、0.42<y/Y<0.64の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3%以上の熱交換量の改善が期待できる。 Also preferably, the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.42 <y / Y <0.64. In this case, an improvement of about 3% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss as compared with the comparative example.
〈第2部分の厚み〉
次に、第2部分122の厚みxに対する第1部分121の厚みXの比X/x(観点2)について説明する。図16および図17は、比X/xを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比h/Y=0を設定した場合の、熱交換量の改善率(図16)および比較例に対する圧力損失の比率(図17)を示している。
<Thickness of second part>
Next, the ratio X / x of the thickness X of the
図16および図17の計算結果に基づき、第2実施形態では、第1実施形態と同様、放熱フィン102は、第2部分122の厚みxに対する第1部分121の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されていることが好ましい。
Based on the calculation results of FIG. 16 and FIG. 17, in the second embodiment, the
図16では、比X/x=2.2付近で改善率が最大となっている(約3.4%程度)。そして、比X/x=2.2から両側に離れるに従って改善率が減少する傾向がある。比X/x=1および比X/x=5.4で改善率が略0%となっており、1.0<X/x<5.4の範囲で改善率が比較例を上回ることがわかる。図17の圧力損失の比率では、比X/xがX/x=1.0から増大するに従って圧力損失が単調減少している。そこで、比X/xを、1.0<X/x<5.4の範囲に設定する場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、熱交換量の改善が期待できる。 In FIG. 16, the improvement rate is maximum around the ratio X / x = 2.2 (about 3.4%). Then, the improvement rate tends to decrease as the distance from the ratio X / x = 2.2 to both sides. The improvement ratio is approximately 0% at the ratio X / x = 1 and the ratio X / x = 5.4, and the improvement ratio exceeds the comparative example in the range of 1.0 <X / x <5.4. Recognize. In the pressure loss ratio of FIG. 17, the pressure loss monotonously decreases as the ratio X / x increases from X / x = 1.0. Therefore, when the ratio X / x is set in the range of 1.0 <X / x <5.4, an improvement in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss in the comparative example.
また、より好ましくは、比X/xは、1.3<X/x<3.8の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約2%以上の熱交換量の改善が期待できる。さらに好ましくは、比X/xは、1.7<X/x<2.8の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3%以上の熱交換量の改善が期待できる。 Also, more preferably, the ratio X / x satisfies the relationship of 1.3 <X / x <3.8. In this case, an improvement of about 2% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss with respect to the comparative example. More preferably, the ratio X / x satisfies the relationship of 1.7 <X / x <2.8. In this case, an improvement of about 3% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss as compared with the comparative example.
〈接続部分の長さ〉
次に、放熱フィン102の総高さYに対する接続部分123の長さhの比h/Y(観点3)について説明する。図18および図19は、比h/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比X/x=2.2を設定した場合の、熱交換量の改善率(図18)および比較例に対する圧力損失の比率(図19)を示している。
<Length of connected part>
Next, the ratio h / Y (viewpoint 3) of the length h of the
図18の計算結果に基づき、第2実施形態では、第1実施形態と同様、放熱フィン102は、コア部1の表面10からの放熱フィン102の総高さYに対する、放熱フィン102の高さ方向における接続部分123の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されていることが好ましい。
Based on the calculation results of FIG. 18, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
図18では、比h/Y=0.32付近で改善率が最大となっている(約3.8%)。そして、比h/Y=0.32から離れるに従って改善率が単調減少している。比h/Yが0<h/Y<0.64の範囲で、3.3%以上の熱交換量の改善率が得られることがわかる。図19の圧力損失の比率では、比h/Yが約0.2のときに減少ピーク(約0.99)となり、比h/Yが0<h/Y<0.64の範囲で圧力損失が比較例(=1.00)を下回っている。そこで、比h/Yを、0<h/Y<0.64とすることにより、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3.3%以上の熱交換量の改善が期待できる。 In FIG. 18, the improvement rate is maximum around a ratio h / Y = 0.32 (about 3.8%). The improvement rate monotonously decreases as the ratio h / Y = 0.32. It can be seen that the improvement rate of the heat exchange amount of 3.3% or more can be obtained when the ratio h / Y is in the range of 0 <h / Y <0.64. In the ratio of pressure loss shown in FIG. 19, the decrease peak (about 0.99) is obtained when the ratio h / Y is about 0.2, and the pressure loss falls within the range of 0 <h / Y <0.64. Is below the comparative example (= 1.00). Therefore, by setting the ratio h / Y to 0 <h / Y <0.64, an improvement of about 3.3% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss in the comparative example. .
また、より好ましくは、比h/Yは、0.20<h/Y<0.50の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3.7%以上の熱交換量の改善が期待できる。 Furthermore, more preferably, the ratio h / Y satisfies the relationship of 0.20 <h / Y <0.50. In this case, an improvement of about 3.7% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss with respect to the comparative example.
〈放熱フィンの構成例〉
図20(A)〜(D)は、上記の計算結果から得られた各パラメータ範囲に含まれる放熱フィン102の形状の具体例である。図20(A)の放熱フィン102aは、比y/Y=0.57、比X/x=2.2、比h/Y=0.32の関係を満たすように形成されている。図20(B)の放熱フィン102bは、比y/Y=0.35、比X/x=1.3、比h/Y=0.10の関係を満たすように形成されている。図20(C)の放熱フィン102cは、比y/Y=0.63、比X/x=5.3、比h/Y=0.30の関係を満たすように形成されている。図20(D)の放熱フィン102dは、比y/Y=0.42、比X/x=3.8、比h/Y=0.63の関係を満たすように形成されている。第2実施形態の熱交換器200における放熱フィン102は、このように比y/Y、比X/x、比h/Yの各パラメータについて、上記パラメータ範囲に含まれる様々な変形例が含まれうる。
<Example of configuration of heat radiation fin>
FIGS. 20A to 20D are specific examples of the shape of the
(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the second embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.
第2実施形態では、上記のシミュレーション結果(図14および図15参照)に基づき、上記第1実施形態と同様に、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィン102を形成するので、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、概ね2%以上(約1.8%以上)の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。その結果、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることができる。
In the second embodiment, based on the above simulation results (see FIGS. 14 and 15), the ratio y / Y satisfies the relationship 0.34 <y / Y <0.64, as in the first embodiment. Since the
また、上記のシミュレーション結果(図18および図19参照)に基づき、比h/Yが、0.20<h/Y<0.50の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について約3.7%〜約3.8%のピーク近傍の高い改善効果を実現することが可能となる。
Further, based on the above simulation results (see FIGS. 18 and 19), when forming the
また、第2実施形態では、放熱フィン102の一方側の側面120aを平坦面とし、他方側の側面120bにおいて接続部分123の傾斜した側面部123bを形成するので、放熱フィン102の一方側の側面120aについては、一般的な矩形断面の放熱フィンCFと同様の単純な平坦面として形成することができる。そして、放熱フィン102の他方側の側面120bにおいて、傾斜した側面部123bを形成して第1部分121と第2部分122との厚みを異ならせる事ができる。また、たとえばスカイブ加工を採用することができるので、加工の容易性を向上させたり、加工方法の選択の自由度を確保することができる。
Further, in the second embodiment, since the
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification]
It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiments described above but by the claims, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the claims.
たとえば、上記第1および第2実施形態では、サーフェスクーラである熱交換器の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、航空機エンジン用に設けられる熱交換器であればよく、サーフェスクーラ以外のプレートフィン型熱交換器や、シェルアンドチューブ型熱交換器に適用してもよい。その場合、航空機エンジン内の湾曲面Sに沿って熱交換器を設ける必要はなく、熱交換器がエンジン内の所定位置に設置されてもよいし、エンジン内の空気流の一部が分岐して流れるバイパス流路などに熱交換器が設置されてもよい。 For example, although the example of the heat exchanger which is a surface cooler was shown in the said, 1st and 2nd embodiment, this invention is not limited to this. The present invention may be a heat exchanger provided for an aircraft engine, and may be applied to a plate fin type heat exchanger other than a surface cooler or a shell and tube type heat exchanger. In that case, it is not necessary to provide a heat exchanger along the curved surface S in the aircraft engine, the heat exchanger may be installed at a predetermined position in the engine, or part of the air flow in the engine is branched A heat exchanger may be installed in a bypass flow path or the like that flows.
また、上記第1および第2実施形態では、冷却対象流体として、エンジンの潤滑油や発電機の潤滑油などである例を示したが、本発明はこれに限られない。冷却対象流体の種類は特に限定されない。冷却対象流体は、どのような流体であってもよい。 Further, in the first and second embodiments, although an example in which the lubricating oil of the engine or the lubricating oil of the generator is used as the fluid to be cooled is shown, the present invention is not limited to this. The type of fluid to be cooled is not particularly limited. The fluid to be cooled may be any fluid.
また、上記第1および第2実施形態では、コア部1の表面10に設けた複数の放熱フィン2(102)の各々が図4(図13)に示したような所定形状に形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、全ての放熱フィンが同じ形状に形成されている必要はなく、一部の放熱フィンについては図11の比較例による放熱フィンCFと同様の形状であってもよい。また、放熱フィンの形状に関するパラメータ(比y/Y、比X/x、比h/Y)は一定値である必要はなく、1つまたは複数の放熱フィン毎に、上記の各パラメータが異なっていてもよい。
In the first and second embodiments, each of the plurality of radiation fins 2 (102) provided on the
また、たとえば図5では、比y/Y以外の固定パラメータ(比X/x、比h/Y)の各々について、X/x=2.2、h/Y=0の値を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていればよく、比X/x、比h/Yはどのような値であってもよい。したがって、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていれば、比X/xが1.0<X/x<5.4を満たさない値であってもよいし、比h/Yが0.0<h/Y<0.64を満たさない値であってもよい。 Further, for example, in FIG. 5, an example using values of X / x = 2.2 and h / Y = 0 for each fixed parameter (ratio X / x, ratio h / Y) other than the ratio y / Y is used. Although shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, at least the ratio y / Y should satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64, and the ratio X / x and the ratio h / Y have any values. Good. Therefore, if the ratio y / Y satisfies the relationship 0.34 <y / Y <0.64, the ratio X / x does not satisfy 1.0 <X / x <5.4. The ratio h / Y may be a value that does not satisfy 0.0 <h / Y <0.64.
すなわち、第2部分22の厚みxは第1部分21の厚みXよりも小さいため、比X/xが構造上とりうる範囲としては、1<X/xとなる。X/xのとりうる範囲の上限は、第2部分22の実用上の加工精度の限界および強度の限界に依存する。したがって、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていれば、比X/xが5.4≦X/xの範囲の値であってもよい。
That is, since the thickness x of the
また、比h/Y=1(h=Y)のときは第1部分21および第2部分22が形成されないため、比h/Yが構造上とりうる範囲としては、h/Y<1となる。したがって、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていれば、比h/Yが0.64<h/Y<1の範囲の値であってもよい。
In addition, since the
また、上記第1および第2実施形態では、放熱フィン2(102)が、1つの第1部分21(121)と1つの第2部分22(122)とが1つの接続部分23(123)により接続された形状を有する構成例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第2部分22よりも先端側に接続部分を介して第3部分、第4部分、...をさらに設けることにより、厚みが複数段階で絞られる形状となるように放熱フィンを形成してもよい。たとえば、第1部分〜第3部分を2つの接続部分で接続すれば、放熱フィンは2段階で厚みが絞られる形状となり、第1部分〜第4部分を3つの接続部分で接続すれば、放熱フィンは3段階で厚みが絞られる形状となる。その場合、各々の接続部分の形成位置の高さyについて、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていればよい。 Further, in the first and second embodiments, in the radiation fin 2 (102), one first portion 21 (121) and one second portion 22 (122) are connected by one connection portion 23 (123). Although the configuration example having the connected shape is shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, the third portion, the fourth portion,. . . The heat dissipating fins may be formed to have a shape in which the thickness can be narrowed in a plurality of steps by further providing. For example, if the first to third parts are connected by two connection parts, the radiation fin has a shape in which the thickness can be reduced in two steps, and if the first to fourth parts are connected by three connection parts The fin has a shape that can be reduced in thickness in three steps. In that case, the height y of the formation position of each connection portion may satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64.
また、上記第1および第2実施形態では、第1部分21(121)および第2部分22(122)が、共に、厚み(Xおよびx)が略一定の平板状部分である構成例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1部分および第2部分の厚みが一定でなくてもよい。たとえば第1部分および第2部分が、先端側に向けて厚みが減少するテーパ状の板状部分であってもよい。この場合、接続部分の側面部の傾斜角度が第1部分および第2部分の側面部の傾斜角度に対して異ならせてもよい。 In the first and second embodiments, the first portion 21 (121) and the second portion 22 (122) both have flat plate-like portions whose thicknesses (X and x) are substantially constant. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the thickness of the first portion and the second portion may not be constant. For example, the first portion and the second portion may be tapered plate-like portions whose thickness decreases toward the distal end. In this case, the inclination angles of the side surface portions of the connection portion may be different from the inclination angles of the side surface portions of the first portion and the second portion.
また、上記第1および第2実施形態では、放熱フィン2(102)を、同一断面形状で奥行き方向に延びる形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明において、放熱フィンの奥行き方向の各位置における形状(第1部分および第2部分の大きさ、接続部分の位置および範囲)は特に限定されない。つまり、放熱フィン(第1部分、第2部分、接続部分)は、奥行き方向の位置によって異なる断面形状を有するように構成されてもよい。その場合でも、奥行き方向のいずれかの位置の断面において、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていればよい。 Moreover, although the example which formed the radiation fin 2 (102) in the shape extended in a depth direction by the same cross-sectional shape was shown in the said, 1st and 2nd embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the shape (the size of the first portion and the second portion, the position and the range of the connection portion) at each position in the depth direction of the heat dissipation fin is not particularly limited. That is, the heat dissipating fins (the first portion, the second portion, and the connecting portion) may be configured to have different cross-sectional shapes depending on the position in the depth direction. Even in that case, in the cross section at any position in the depth direction, the ratio y / Y may satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64.
したがって、たとえば接続部分23の形成位置の高さyが、奥行き方向(空気の流れ方向)の上流側から下流側に向かって変化するように放熱フィン2が形成されていてもよい。つまり、奥行き方向の上流側から下流側に向かって高さyが大きく(比y/Yが大きく)なったり、または小さく(比y/Yが小さく)なったりしてもよい。
Therefore, for example, the
あるいは、第2部分22の厚みxまたは第1部分21の厚みX(比X/x)が、奥行き方向(空気の流れ方向)の上流側から下流側に向かって変化するように放熱フィンが形成されていてもよい。たとえば、奥行き方向の上流側から下流側に向かって厚みxおよび厚みXの一方または両方が大きく(または小さく)なってもよい。この場合、奥行き方向に沿って比X/xの値が変化してもよいし、比X/xを一定に保ったまま厚みxおよび厚みXが変化してもよい。
Alternatively, the radiation fin is formed so that the thickness x of the
1 コア部
2(2a〜2d)、102(102a〜102d) 放熱フィン
10 コア部の表面
10a 第1表面
10b 第2表面
20a、20b 側面
21、121 第1部分
22、122 第2部分
23、123 接続部分
23a、23b、123b 傾斜した側面部
100、200 熱交換器(航空機エンジン用の熱交換器)
h 接続部分の長さ
S 湾曲面
X 第1部分の厚み
x 第2部分の厚み
Y 放熱フィンの総高さ
y 接続部分の形成位置の高さ
DESCRIPTION OF
h Length of connecting part S Curved surface X Thickness of first part x Thickness of second part Y Total height of radiation fin y Height of forming position of connecting part
Claims (10)
冷却対象流体を流通させるコア部と、
前記コア部の表面に設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
前記放熱フィンは、
前記コア部の表面から立ち上がる第1部分と、
前記第1部分よりも先端側に配置され、前記第1部分よりも小さい厚みを有する第2部分と、
前記第1部分と前記第2部分との間を接続する前記第1部分および前記第2部分に対して傾斜した接続部分とを含み、
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、前記コア部の表面から前記接続部分の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている、航空機エンジン用の熱交換器。 A heat exchanger for an aircraft engine that exchanges heat with air flow in the aircraft engine, comprising:
A core portion for circulating a fluid to be cooled;
And a plurality of plate-like heat dissipating fins provided on the surface of the core portion;
The radiation fin is
A first portion rising from the surface of the core portion;
A second portion disposed distal to the first portion and having a smaller thickness than the first portion;
And a connecting portion inclined with respect to the first portion and the second portion connecting between the first portion and the second portion,
The ratio y / Y of the height y from the surface of the core portion to the formation position of the connection portion to the total height Y of the heat dissipating fins from the surface of the core portion is 0.34 <y / Y <0. A heat exchanger for aircraft engines, which is configured to meet the .64 relationship.
前記第2部分の厚みxに対する前記第1部分の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されている、請求項1に記載の航空機エンジン用の熱交換器。 The radiation fin is
The ratio X / x of the thickness X of the first portion to the thickness x of the second portion is formed to satisfy the relationship of 1.0 <X / x <5.4. Heat exchanger for aircraft engines.
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、
前記放熱フィンの高さ方向における傾斜した前記接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されている、請求項1または2に記載の航空機エンジン用の熱交換器。 The radiation fin is
With respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion,
The ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the heat radiation fin is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.64. Heat exchanger for an aircraft engine as described.
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、
前記放熱フィンの高さ方向における傾斜した前記接続部分の長さhの比h/Yが、0.20<h/Y<0.50の関係を満たすように形成されている、請求項4に記載の航空機エンジン用の熱交換器。 The radiation fin is
With respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion,
The ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin is formed to satisfy the relationship of 0.20 <h / Y <0.50. Heat exchanger for an aircraft engine as described.
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、
前記放熱フィンの高さ方向における傾斜した前記接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.40の関係を満たすように形成されている、請求項6に記載の航空機エンジン用の熱交換器。 The radiation fin is
With respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion,
The ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.40. Heat exchanger for aircraft engines.
複数の前記放熱フィンは、前記第1表面および前記第2表面の少なくとも一方に形成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の航空機エンジン用の熱交換器。 The core portion has a curved shape along a curved surface in an aircraft engine, and a hollow plate having a first surface opposite to the curved surface and a second surface opposite to the first surface. It has a shape of
The heat exchanger for an aircraft engine according to any one of claims 1 to 9, wherein a plurality of the radiation fins are formed on at least one of the first surface and the second surface.
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